F ve C tipi uçucu küllerin çimento ile ikame edilmesiyle üretilen betonların mekanik ve dayanıklılık özelliklerinin karşılaştırılarak incelenmesi

Abstract

Termik santrallerde elektrik üretiminde kömürün yakılmasıyla açığa çıkan uçucu küllerin olumsuz etkilerini azaltmanın önemli bir yolu da beton üretiminde mineral katkı maddesi olarak kullanılmasıdır. Uçucu küller tek başlarına kullanıldıklarında bağlayıcılık özelliği göstermezler. Beton karışımına çimento ile birlikte eklendiklerinde betonun mekanik ve dayanıklılık özeliklerine olumlu etki ederler. Bu çalışmayla F ve C tipi uçucu küllerin çimentoya ikame edilmesiyle üretilen betonların mekanik özelikleri, etkinlikleri ve dayanıklılığa etkileri karşılaştırılarak incelenmiştir. Toplamda 39 farklı karışım hazırlanmıştır. Üretimlerde Çatalağzı Termik Santrali uçucu külü (F tipi), Çayırhan Termik Santrali uçucu külü (C tipi) ile CEM I 42.5 R tipi çimento kullanılmıştır. 260, 320, 400 kg/m³’lük kontrol betonları üretilmiş her kontrol betonu için altı seri (F ve C tipi) uçucu kül ikameli beton üretilmiştir. Bu altı serinin üçünden % 10, diğer üçünden %17 oranında çıkarılan çimentonun yerine 260 kg/m³ karışım için çıkarılan miktarın (1.5), (2), (2.5) katı 320 ve 400 kg/m³’lük karışımlar için ise (1), (1.5), (2) katı oranında olmak üzere hem F tipi hem de C tipi uçucu kül ikameli betonlar üretilmiştir. Eşit işlenebilme yöntemine göre (15.5±1.5 cm. çökme) üretilen uçucu kül ikameli betonların mekanik özelikleri incelenmiş ve k etkinlik faktörleri Bolomey formülleri kullanılarak bulunmuştur. Her seride altı adet 15/15/15 cm boyutlarında küp, altı adet 10/20 boyutlarında 10 cm taban çapında 20 cm. yüksekliğinde silindir numune, altı adet 7/7/28 cm boyutlarında üç pimli, üç pimsiz prizma numune olmak üzere üretim yapılmıştır. Üretilen betonlar 23±2 ºC sıcaklığındaki su dolu kür havuzu içerisinde saklanmıştır. Her seri için ön beton dökülerek karışım su miktarları bulunmuştur. Taze beton deneyleri olarak; çökme, birim ağırlık ve hava içeriği deneyleri, sertleşmiş beton deneyleri olarak; basınç, eğilme, ultrases geçiş hızı, elastisite modülü deneyleri, dayanıklılık deneyleri olarak; kılcal su emme, donma-çözülme, sülfat etkisi, hızlandırılmış klor geçirimliliği deneyleri yapılmıştır. Etkinlik faktörü, kontrol betonlarıyla aynı basınç dayanımı değerlerini veren uçucu küllü betonlar için hesaplanmıştır. Buna göre; F ve C tipi uçucu külle üretilen betonlarda uçucu küllerin etkinliği, çimento dozajı arttıkça yükselmektedir. Hem 28 günde hem de 90 günde uçucu küllü betonların ultrases hızları kontrol betonlara göre yüksek çıkmıştır. Magnezyum sülfat etkisine maruz betonlardan, kontrol betonlarında bozulmalar meydana gelmiş uçucu kül ikameli betonlarda ise kontrol betonlarına gore daha az bozulma meydana gelmiştir. Bu da uçucu küllerin betondaki boşlukları iyi doldurduğunu ayrıca dayanıklılık özellikleri açısından da incelendiğinde olumlu katkılar yaptığını göstermiştir.

Fly ash is the waste product of the thermal power plants, where coal is burned for generating electricity. Using fly ash in concrete production is one of the important ways of reducing its negative effects. When fly ash is used alone, it doesn’t show binder property. However, if it is added to concrete mixture with cement, it improves the mechanical and durability properties of concrete. In this study, F and C type fly ashes efficiencies and their effects on the mechanical properties and durability of concrete are compared. For this study, 39 different mixtures were produced. Çatalağzı Thermal Plant fly ash (F type), Çayırhan Thermal Plant fly ash (C Type) and CEM I 42,5 R type cement were used as binder. Three reference concrete mixtures were produced with 260, 320, 400 kg/m3 cement dosage and six fly ash (F and C type) including mixtures were produced for each reference mixture. Cement dosages were reduced with 10% ratio in half of mixtures and 17% ratio in other half of mixtures. Fly ash was added instead of reduced cement. Added fly ash / reduced cement ratios by mass were (1.5), (2), (2.5) for 260 kg/m3 cement dosage and (1), (1.5), (2) for 320 and 400 kg/m3 cement dosages. Mechanical properties of concretes, which were produced according to same workability method, were examined and their efficiency factor were determined with Bolomey formulas. Six cube specimens with 15/15/15 cm dimensions, six cylinder specimens with 10 cm diameter and 20 cm height and six prismatic specimens (pins were placed to two sides of there of these specimens) with 7/7/28 cm dimensions are produced for each mixtures. After demolding, concrete specimens were cured in water tank at 23±2 ºC. Water contents of all mixtures are determined by casting trial mixtures. On fresh concrete, slump, bulk density and air content tests and on hardened concrete compression strength, bending strength, ultrasound pulse velocity, modulus of elasticity, capillary water absorption, freeze-thaw, sulphate effect, rapid chloride permeability tests were done. Tests results showed that using F and C type fly ash contributed workability . On the other hand, pozzolanic reaction need to wait the formation of free lime and the reactions of F and C type fly ash including mixtures are slower than reference mixtures. So, increasing of strength in these mixtures are more at further ages. Efficiency factor are calculated for fly ash including mixtures, which has same compressive strength with reference mixture. The results show that efficiency of fly ashes increases with increasing of cement dosage. Ultrasound pulse velocities of fly ash including concretes were greater than reference concretes at 28 and 90 days. This shows that, fly ash fills the pores well in the concrete. When exposed to magnesium sulphate, control specimens showed higher deteriorations when compared with concretes with fly ash. This also confirmed that fly ash improved the durability properties.